“全面”進(jìn)入量子時(shí)代？

中共中央政治局在16日就“量子科技研究和應(yīng)用前景”舉行了第二十四次集體學(xué)習(xí)。總書記在此次集體學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)，要充分認(rèn)識(shí)推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢(shì)，下好先手棋。

周末刷屏，耳熟能詳卻又充滿神秘感的量子科技徹底火了！

新華社10月17日?qǐng)?bào)道，中共中央政治局在16日就“量子科技研究和應(yīng)用前景”舉行了第二十四次集體學(xué)習(xí)?？倳浽诖舜渭w學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)，要充分認(rèn)識(shí)推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢(shì)，下好先手棋。

當(dāng)今世界正在歷經(jīng)百年未有之大變革，科技創(chuàng)新成為其中的一個(gè)關(guān)鍵變量。量子科技首次于公開層面進(jìn)入國(guó)家最高層關(guān)注的視野中，意味著量子科技正式上升為國(guó)家戰(zhàn)略，成為未來(lái)我國(guó)搶占世界科技制高點(diǎn)的重要關(guān)注領(lǐng)域。

“遇事不決，量子力學(xué)?！标P(guān)于這么前沿的尖端科技，你又了解多少呢？

“全面”進(jìn)入量子時(shí)代？

熱度會(huì)消失，但互聯(lián)網(wǎng)記憶會(huì)永存。對(duì)于“量子”這個(gè)詞，相信有一部分人會(huì)又愛(ài)又恨，除了科普、課本等正經(jīng)渠道外，近兩年量子之所以能在民間大火，其實(shí)離不開一些“旁門左道”的宣傳，也確實(shí)讓一些敬畏科學(xué)卻不懂科學(xué)的人們交了不少的智商稅。

比如去年“風(fēng)靡”教育行業(yè)的“量子波動(dòng)速度”，快到看不清書中是文字還是圖片，卻也能馬上復(fù)述個(gè)中內(nèi)容。學(xué)生以洗牌般的速度快速翻動(dòng)書本，涉事教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)宣稱該舉動(dòng)能使學(xué)生在三五分鐘內(nèi)閱讀幾十萬(wàn)字，甚至閉著眼或者戴著眼罩，學(xué)生也能和書本發(fā)生感應(yīng)。而背后的原理則是可笑的“量子波動(dòng)速度”，通過(guò)開發(fā)人體潛能，讓孩子的大腦跟宇宙同頻，達(dá)到同頻共振，從而具備與宇宙共鳴的能力。

當(dāng)然，這則報(bào)道隨后就被物理專家們打臉，專家指出這種訓(xùn)練完全缺乏科學(xué)依據(jù)，文字并不會(huì)通過(guò)翻書進(jìn)入學(xué)生大腦。

然而，“量子波動(dòng)速度”余熱未消，“量子遠(yuǎn)程治病”又來(lái)了……

前有患心臟病的張女士花費(fèi)十余萬(wàn)元通過(guò)濟(jì)南的一家公司進(jìn)行心臟病量子技術(shù)診療，后有遼寧的詹女士通過(guò)“把量子技術(shù)注入照片”的方式遠(yuǎn)程接骨。另外還有一大批“量子產(chǎn)品”，比如量子鞋墊、量子內(nèi)衣、量子襪子等等，總之萬(wàn)物皆可量子。

不出意料的是，這些產(chǎn)品和服務(wù)也統(tǒng)統(tǒng)被蓋上了“騙子”的印戳。而經(jīng)過(guò)這些折騰，不得不說(shuō)“量子”在人民心中的印象也讓這些投機(jī)倒把的機(jī)構(gòu)搞壞了。為了挽尊，也消除大家對(duì)量子科技的誤會(huì)，咱們就看看量子科技究竟是什么？

其實(shí)自問(wèn)世以來(lái)，量子科學(xué)已經(jīng)經(jīng)歷了第一波浪潮，在上世紀(jì)，量子科學(xué)先后孕育出了原子彈、核磁共振、激光、半導(dǎo)體等改變歷史進(jìn)程的重大成果，被認(rèn)為是20世紀(jì)最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。而進(jìn)入21世紀(jì)后，量子科學(xué)迎來(lái)第二波浪潮，將催生出量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量三大領(lǐng)域的變革，從而極大的改變和提升人們的通信、計(jì)算方式和能力。

量子信息是量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來(lái)的新學(xué)科，主要包括量子通信和量子計(jì)算兩個(gè)領(lǐng)域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態(tài)、遠(yuǎn)距離量子通信的技術(shù)等等；量子計(jì)算主要研究量子計(jì)算機(jī)和適合于量子計(jì)算機(jī)的量子算法。量子信息包含三大基本原理：量子比特、量子疊加和量子糾纏。

量子比特是量子計(jì)算機(jī)的最小儲(chǔ)存信息單位，一個(gè)量子比特可以表示0，也可以表示1，還可以表示0和1的疊加，即可以處于0和1兩種狀態(tài)按照任意比例的疊加。因而，量子比特包含的信息量也遠(yuǎn)超只能表示0和1的經(jīng)典比特；

量子疊加是量子系統(tǒng)可以處在不同的量子態(tài)的疊加態(tài)上。量子力學(xué)創(chuàng)始人之一的薛定諤（E Schrodinger）在1935年提出了一個(gè)關(guān)于量子力學(xué)的佯謬——薛定諤的貓，其中闡述了量子力學(xué)疊加態(tài)的一個(gè)假設(shè)，即同時(shí)處于生和死兩種狀態(tài)的貓。在量子計(jì)算機(jī)中，疊加態(tài)是基礎(chǔ)，這種0和1狀態(tài)的任意疊加形式幾乎是無(wú)限的，這也正是量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度不可同日而語(yǔ)的原因；

量子糾纏是當(dāng)兩個(gè)粒子密切相關(guān)時(shí)，無(wú)論兩者相距多遠(yuǎn)，對(duì)其中一個(gè)粒子的測(cè)量立即會(huì)影響另一個(gè)粒子。量子糾纏是“量子隱態(tài)傳輸”的基礎(chǔ)，即把A地的一個(gè)粒子的狀態(tài)瞬間轉(zhuǎn)移到B地的另一個(gè)粒子上，如同科幻電影中的“超時(shí)空傳輸”，但這里傳輸?shù)牟皇橇Ｗ颖旧?，而是粒子的狀態(tài)，即傳輸?shù)膬H是信息。

量子科技，中國(guó)走在世界前列

量子科技的紅利是巨大的，而中國(guó)也一直走在世界前列。此次高層學(xué)習(xí)不僅客觀分析了我國(guó)目前在量子科技上的發(fā)展形式，也對(duì)未來(lái)更好、更全面的推進(jìn)量子科技發(fā)展提出了深刻而寶貴的建議。

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量子通信

量子通信是指利用量子疊加態(tài)或量子糾纏效應(yīng)等進(jìn)行信息或密鑰傳輸，基于量子力學(xué)原理保證傳輸安全性，主要分為量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)兩類。

2016年8月升空的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和2017年9月開通的量子通信“京滬干線”，使我國(guó)成為世界量子通信應(yīng)用的領(lǐng)先者。兩者結(jié)合，中國(guó)成功與奧地利實(shí)現(xiàn)了世界首次洲際量子保密通信，也標(biāo)志著中國(guó)已構(gòu)建出天地一體化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形。

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量子計(jì)算

量子計(jì)算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理，進(jìn)行量子并行計(jì)算，具有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的巨大信息攜帶和超強(qiáng)并行處理能力，能夠在特定計(jì)算困難問(wèn)題上提供指數(shù)級(jí)加速。中科院院長(zhǎng)郭光燦將量子計(jì)算機(jī)定義為：一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。

量子計(jì)算也是量子科技中最具想象空間的一項(xiàng)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具備強(qiáng)大的代替能力。理論上，擁有50個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，運(yùn)算能力就能超過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河二號(hào)”。但要成功造出量子計(jì)算機(jī)，困難也是巨大的。

目前中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上不斷刷新量子計(jì)算領(lǐng)域的研究成果，也創(chuàng)造了所有物理體系中最大量子糾纏態(tài)制備的世界記錄；另一方面，郭光燦團(tuán)隊(duì)成果轉(zhuǎn)化成立的合肥本源量子計(jì)算科技公司近年也成功研發(fā)出多款量子芯片，在量子計(jì)算機(jī)軟硬件方面申請(qǐng)專利150項(xiàng)左右，并推出全球首款半導(dǎo)體量子芯片編程語(yǔ)言“量子音符（QRunes）”，成功研制出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的量子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

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量子測(cè)量

量子測(cè)量基于微觀粒子系統(tǒng)及其量子態(tài)的精密測(cè)量，完成被測(cè)系統(tǒng)物理量的執(zhí)行變換和信息輸出，在測(cè)量精度、靈敏度和穩(wěn)定性等方面比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)，主要包括時(shí)間基準(zhǔn)、慣性測(cè)量、重力測(cè)量、磁場(chǎng)測(cè)量和目標(biāo)識(shí)別等方向，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)科研、空間探測(cè)、生物醫(yī)療、慣性制導(dǎo)、地質(zhì)勘測(cè)、災(zāi)害防御等領(lǐng)域。

目前國(guó)內(nèi)量子測(cè)量產(chǎn)業(yè)企業(yè)要屬以量子精密測(cè)量為核心技術(shù)的國(guó)儀量子（合肥）技術(shù)有限公司，該公司技術(shù)源于中科院院士杜江峰領(lǐng)導(dǎo)的中科大中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。其開發(fā)的脈沖式電子順磁共振波譜儀、鉆石單自旋量子精密測(cè)量譜儀等產(chǎn)品已在科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域進(jìn)行銷售，在能源探測(cè)設(shè)備研制和電力電網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行了合作，其中鉆石單自旋量子精密測(cè)量?jī)x已有數(shù)千萬(wàn)元的訂單。

目前，以量子通信、量子計(jì)算和量子測(cè)量為代表的量子信息技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，其中我國(guó)在量子通信上一騎絕塵，走在世界前列，然而其他兩大領(lǐng)域中，我國(guó)還與國(guó)外科技強(qiáng)國(guó)存在一些差距。

但是，相信未來(lái)在注入國(guó)家意志后，隨著國(guó)家不斷支持和投入，我們會(huì)在量子科技整體實(shí)力上實(shí)現(xiàn)與國(guó)際先進(jìn)并跑，甚至領(lǐng)跑。

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